瘤突苍耳及苍耳表型可塑性代际传递的转录组研究
作者单位：沈阳农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：曲波;刘智
授予年度：2020年
摘 要：表型可塑性帮助植物增加表型与环境之间的匹配,是众多入侵植物适应的机制之一。其中一些表型可以由亲代传递给子代,使其记住当前的环境,从而提高子代对环境的适应能力。目前已有研究表明这种“记忆的存在,但表型可塑性代际传递对入侵植物的分子机制还不是十分明确。为了进一步探究代内表型可塑性及代际可塑性在入侵植物中的分子机制,本实验以入侵种瘤突苍耳(Xanthium strumarium L.)和本地近缘种苍耳(Xanthium sibiricum Patrin ex Widder)两种自花授粉的苍耳为实验材料,进行3个世代种植实验,设置低养分和低水分处理条件,高水分高养分为对照组,分析两种苍耳同一世代的代内表型可塑性。不同世代间的比较设置为二三世代下相同处理的低水分和低养分的两种苍耳,进行表型可塑性代际传递的研究。利用Illumina Hi Seq平台对上述两种代际间关系的瘤突苍耳和苍耳进行转录组测序,并建立无参转录组数据库,将瘤突苍耳和苍耳的转录组数据与蛋白数据库NR、GO、egg NOG和KEGG进行序列比对、功能注释和代谢分析,针对瘤突苍耳和苍耳在代内低养分和低水分及代际低水分和低养分传递的基因进行差异表达分析。主要研究结果如下:(1)代内可塑性通过分析同一世代不同处理的瘤突苍耳和苍耳转录组数据,通过差异表达基因分析比较发现明瘤突苍耳在同一世代环境的变化下将会导致更多的基因的变化来适应环境的变化。通过GO富集分析发现,主要显著富集到核糖体亚基、翻译、肽生物合成过程、有机氮化合物的生物合成过程、核糖体结构成分、酰胺生物合成过程、结构分子活性、细胞大分子生物合成过程等相关。KEGG富集分析表明,瘤突苍耳主要显著富集在氧化磷酸化、类黄酮生物合成、单萜类生物合成、光合生物中的碳固定、乙醛酸和二羧酸的代谢和氮代谢等过程。瘤突苍耳的通路中所富集差异基因更多,提示这些通路可能是瘤突苍耳适应性入侵的强有力途径。(2)对不同世代下连续低养分和的低水分处理下的两种苍耳进行分析比较即代际可塑性的比较,发现瘤突苍耳在低水分的代际传递过程中差异基因的变化显著高于苍耳;而在低养分代际传递的过程中苍耳的差异基因变化显著高于入侵种瘤突苍耳。通过GO富集分析GO富集分析发现,瘤突苍耳主要显著富集在磷酸转移酶活性,醇基为受体、蛋白激酶活性、激酶活性、细胞蛋白修饰过程、蛋白质修饰过程、磷代谢过程和催化活性。在苍耳主要显著富集在叶绿素结合、光合作用、催化活性、代谢过程、叶绿体类囊体膜、质体类囊体膜、转移酶活性和金属离子结合等相关。KEGG富集分析表明,瘤突苍耳富集到MAPK信号传导途径-植物、植物病原体相互作用、光合作用-天线蛋白、内质网中的蛋白质加工。在苍耳中光合作用、光合生物中的碳固定、苯丙烷生物合成、氮素代谢、乙醛酸和二羧酸的代谢、苯丙氨酸代谢、角质,丝氨酸和蜡质的生物合成、类黄酮生物合成等相关途径中。提示这些途径将参与瘤突苍耳和苍耳在低养分和低水分环境下的代际传递。这为进一步探究瘤突苍耳与苍耳在代内可塑性和代际传递可塑性的分子机制提供了理论依据,对今后研究瘤突苍耳适应性进化和入侵机制具有重要意义。
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